2019-2020学年人教版高中物理选修3-1第三章 磁场 测试卷
文档属性
| 名称 | 2019-2020学年人教版高中物理选修3-1第三章 磁场 测试卷 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 182.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-12-23 17:49:39 | ||
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文档简介
第三章《磁场》测试卷
一、单选题(共12小题)
1.如图所示，把一条导线平行地放在磁针的上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转．首先观察到这个实验现象的物理学家是( )
A． 伽利略
B． 爱因斯坦
C． 奥斯特
D． 牛顿
2.如图所示，当电动机的矩形线圈转到水平位置时，AB边中的电流方向由A指向B，两磁极间的磁感线沿水平方向，关于AB边所受安培力的方向，下列说法正确的是( )
A． 水平向右
B． 水平向左
C． 竖直向上
D． 竖直向下
3.如图所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是( )
A． ①③
B． ②③
C． ①④
D． ②④
4.利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域．如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差UCD，已知该元件的载流子为自由电子，下列说法中不正确的是( )
A． 电势差UCD＞0
B． 电势差UCD＜0
C． 形成电势差UCD是因载流子受到磁场力而偏转
D． 电势差UCD稳定时，是因电场力与磁场力达到平衡
5.假设有一束带负电的宇宙射线粒子垂直于地面射向赤道，在地球磁场的作用下它们偏转的方向是( )
A． 向东
B． 向南
C． 向西
D． 向北
6.当直导线通以垂直纸面向里的恒定电流时，小磁针静止时指向正确的是( )
A．
B．
C．
D．
7.两个粒子，带电量相等，在同一匀强磁场中只受洛伦兹力而做匀速圆周运动( )
A． 若速率相等，则半径必相等
B． 若质量相等，则周期必相等
C． 若动能相等，则周期必相等
D． 若质量相等，则半径必相等
8.如图所示，在xOy坐标系的第一象限中有一圆心为D、半径为r＝0.1 m的圆形磁场区域，磁感应强度为B＝1 T，方向垂直纸面向里，该区域同时与x轴、y轴相切，切点分别为A、C，现有大量质量为1×10－18kg(重力不计)，电量大小为2×10－10C，速率均为2×107m/s的带负电的粒子从A垂直磁场进入第一象限，速度方向与y轴的夹角为θ，且0＜θ＜180°，则下列说法错误的是( )
A． 粒子的轨迹圆和磁场圆的半径相等
B． 这些粒子轨迹圆的圆心构成的圆和磁场圆的半径相等
C． 部分粒子的运动轨迹可以穿越坐标系进入第二象限
D． 粒子的轨迹可以覆盖整个磁场圆
9.已知通电长直导线周围某点的磁感应强度B＝k，即磁感应强度B与导线中的电流I成正比、与该点到导线的距离r成反比，如图所示，两根平行长直导线相距为2x0，通以大小、方向均相同的电流，规定磁场方向垂直纸面向里为正，在－x0～x0区间内沿x轴方向磁感应强度B随x变化的图形可能是( )
A．
B．
C．
D．
10.平面OM和平面ON之间的夹角为30°，其横截面(纸面)如图所示，平面OM上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外．一带电粒子的质量为m，电荷量为q(q>0)．粒子沿纸面以大小为v的速度从OM的某点向左上方射入磁场，速度与OM成30°角．已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON只有一个交点，并从OM上另一点射出磁场．不计重力．粒子离开磁场的出射点到两平面交线O的距离为( )
A．
B．
C．
D．
11.下列各图中，已标出电流及电流磁场的方向，其中不正确的是（ ）
12.如图所示，两相邻且范围足够大的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ的磁感应强度方向平行，大小分别为B和2B.一带正电粒子(不计重力)以速度v从磁场分界线MN上某处射入磁场区域Ⅰ，其速度方向与磁场方向垂直且与分界线MN成60°角，经过t1时间后粒子进入到磁场区域Ⅱ，又经过t2时间后回到区域Ⅰ，设粒子在区域Ⅰ、Ⅱ中的角速度分别为ω1、ω2，则( )
A．ω1∶ω2＝1∶1
B．ω1∶ω2＝2∶1
C．t1∶t2＝1∶1
D．t1∶t2＝2∶1
二、实验题(共3小题)
13.霍尔元件可以用来检测磁场及其变化．图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场的装置示意图．由于磁芯的作用，霍尔元件所处区域磁场可看作匀强磁场，直导线通有垂直纸面向里的电流，测量原理如图乙所示，霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路，所用器材已在图中给出，部分电路已经连接好．
(1)制造霍尔元件的半导体参与导电的自由电荷带负电，电流从乙图中霍尔元件左侧流入，右侧流出，霍尔元件________(填“前表面”或“后表面”)电势高；
(2)在图乙中画线连接成实验电路图；
(3)已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为e，霍尔元件的厚度为h，为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B，还必须测量的物理量有________(写出具体的物理量名称及其符号)，计算式B＝________.
14.某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验.两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁(未画出)的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直.
(1)在图中画出连线，完成实验电路.要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动.
(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：
A.适当增加两导轨间的距离
B.换一根更长的金属棒
C.适当增大金属棒中的电流
其中正确的是________(填入正确选项前的标号).
15.霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展．如图甲所示，在一矩形半导体薄片的E、F间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在C、D间出现电压UCD，这种现象称为霍尔效应，UCD称为霍尔电压，且满足UCD＝k，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数，某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数．
(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图所示，该同学用电压表测量UCD时，应将电压表的“＋”接线柱与________(填“C”或“D”)端通过导线相连．
(2)已知薄片厚度d＝0.40 mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10 T不变，改变电流I的大小，测量相应的UCD值，记录数据，描点作图，画出UCD－I图线，如图乙所示，利用图线求出该材料的霍尔系数为________×10－3V·m·A－1·T－1(保留2位有效数字)．
三、计算题(共3小题)
16.电视机中显像管(抽成真空玻璃管)的成像原理主要是靠电子枪产生高速电子束，并在变化的磁场作用下发生偏转，打在荧光屏不同位置上发出荧光而形成像．显像管的原理示意图(俯视图)如图甲所示，在电子枪右侧的偏转线圈可以产生使电子束沿纸面发生偏转的磁场，偏转的磁场可简化为由通电螺线管产生的与纸面垂直的磁场，该磁场分布的区域为圆形(如图乙所示)，其磁感应强度B＝μNI，式中μ为磁常量，N为螺线管线圈的匝数，I为线圈中电流的大小．由于电子的速度极大，同一电子穿过磁场过程中可认为磁场没有变化，是稳定的匀强磁场．
已知电子质量为m，电荷量为e，电子枪加速电压为U，磁常量为μ，螺线管线圈的匝数N，偏转磁场区域的半径为r，其圆心为O点．当没有磁场时，电子束通过O点，打在荧光屏正中的M点，O点到荧光屏中心的距离OM＝L.若电子被加速前的初速度和所受的重力、电子间的相互作用力以及地磁场对电子束的影响均可忽略不计，不考虑相对论效应及磁场变化所激发的电场对电子束的作用．
(1)求电子束经偏转磁场后打到荧光屏上P点时的速率；
(2)若电子束经偏转磁场后速度的偏转角θ＝60°，求此种情况下电子穿过磁场时，螺线管线圈中电流I0的大小；
(3)当线圈中通入如图丙所示的电流，其最大值为第(2)问中电流的0.5倍．求电子束打在荧光屏上发光所形成“亮线”的长度．
17.如图所示，在平面中有一点P(4,3)，OP所在直线下方有垂直于纸面向里的匀强磁场，OP上方有平行于OP向上的匀强电场，电场强度E＝100 V/m.现有一质量为m＝1×10－6kg，电量为q＝2×10－3C带正电粒子，从坐标原点O以初速度v＝1×103m/s垂直于磁场方向射入磁场，经过P点时速度方向与OP垂直，并进入电场，在经过电场中的M点(图中未标出)时的动能为O点时动能的2倍，不计粒子的重力，求：
(1)磁感应强度的大小；
(2)P、M两点间的电势差；
(3)粒子从O点运动到M点的时间．
18.长L=60 cm、质量为m=6.0×10-2kg、粗细均匀的金属棒，两端用完全相同的弹簧挂起，放在磁感强度为B=0.4 T、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，如图所示，若不计弹簧重力，问：
(1)要使弹簧不伸长，金属棒中电流的大小和方向如何?
(2)如在金属中通入自左向右、大小为I=0.2 A的电流，金属棒下降=1 cm，若通入金属棒中的电流仍为0.2 A，但方向相反，这时金属棒下降了多少? (g=10 m/s2)
四、填空题(共3小题)
19.如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，带电粒子每次通过两盒窄缝间匀强电场时做 ．（填“匀速”、“加速”、“圆周”）运动，带电粒子每次通过盒中的匀强磁场时做 运动．（填“匀速”、“加速”、“圆周”）
20.在纸面上有一个等边三角形ABC，在B、C顶点处是通有相同电流的两根长直导线，导线垂直于纸面放置，电流方向如图所示，每根通电导线在三角形的A点产生的磁感应强度大小为B，则三角形A点的磁感应强度大小为____________，方向为____________．若C点处的电流方向反向，则A点处的磁感应强度大小为____________，方向为____________．
21.如下图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8 T，矩形线圈abcd的面积S＝0.5 m2，B与S垂直，线圈一半在磁场中，则当线圈从图示位置绕ad边绕过60°时，线圈中的磁通量为________，在此过程中磁通量的改变量为________；当线圈再绕ad边转过30°时，线圈中的磁通量为________，在此过程中磁通量的改变量为________．
答案
1.【答案】C
2.【答案】D
3.【答案】C
4.【答案】A
5.【答案】C
6.【答案】B
7.【答案】B
8.【答案】C
9.【答案】A
10.【答案】D
11.【答案】B
12.【答案】C
13.【答案】(1)前表面(2)如解析图所示(3)电压表读数U，电流表读数I
14.【答案】 (1) (2)AC
15.【答案】(1)C (2)1.3
16.【答案】(1) (2) (3)L
电子在屏幕上落点距M点最远距离y＝Ltanθ1＝L
亮线长度Y＝2y＝L
17.【答案】(1)0.2 T (2)250 V
(3)t总＝1.285×10－2s
粒子在电场中从P到M的运动时间，t＝0.5×10－2s
所以从O到M的总时间，t总＝t＋t′＝1.285×10－2s.
18.【答案】(1)(2)
19.【答案】加速 圆周
20.【答案】B 水平向右 B 竖直向下
21.【答案】0.2 Wb 0 0 0.2 Wb
一、单选题(共12小题)
1.如图所示，把一条导线平行地放在磁针的上方附近，当导线中有电流通过时，磁针会发生偏转．首先观察到这个实验现象的物理学家是( )
A． 伽利略
B． 爱因斯坦
C． 奥斯特
D． 牛顿
2.如图所示，当电动机的矩形线圈转到水平位置时，AB边中的电流方向由A指向B，两磁极间的磁感线沿水平方向，关于AB边所受安培力的方向，下列说法正确的是( )
A． 水平向右
B． 水平向左
C． 竖直向上
D． 竖直向下
3.如图所示为电流产生磁场的分布图，正确的分布图是( )
A． ①③
B． ②③
C． ①④
D． ②④
4.利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域．如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差UCD，已知该元件的载流子为自由电子，下列说法中不正确的是( )
A． 电势差UCD＞0
B． 电势差UCD＜0
C． 形成电势差UCD是因载流子受到磁场力而偏转
D． 电势差UCD稳定时，是因电场力与磁场力达到平衡
5.假设有一束带负电的宇宙射线粒子垂直于地面射向赤道，在地球磁场的作用下它们偏转的方向是( )
A． 向东
B． 向南
C． 向西
D． 向北
6.当直导线通以垂直纸面向里的恒定电流时，小磁针静止时指向正确的是( )
A．
B．
C．
D．
7.两个粒子，带电量相等，在同一匀强磁场中只受洛伦兹力而做匀速圆周运动( )
A． 若速率相等，则半径必相等
B． 若质量相等，则周期必相等
C． 若动能相等，则周期必相等
D． 若质量相等，则半径必相等
8.如图所示，在xOy坐标系的第一象限中有一圆心为D、半径为r＝0.1 m的圆形磁场区域，磁感应强度为B＝1 T，方向垂直纸面向里，该区域同时与x轴、y轴相切，切点分别为A、C，现有大量质量为1×10－18kg(重力不计)，电量大小为2×10－10C，速率均为2×107m/s的带负电的粒子从A垂直磁场进入第一象限，速度方向与y轴的夹角为θ，且0＜θ＜180°，则下列说法错误的是( )
A． 粒子的轨迹圆和磁场圆的半径相等
B． 这些粒子轨迹圆的圆心构成的圆和磁场圆的半径相等
C． 部分粒子的运动轨迹可以穿越坐标系进入第二象限
D． 粒子的轨迹可以覆盖整个磁场圆
9.已知通电长直导线周围某点的磁感应强度B＝k，即磁感应强度B与导线中的电流I成正比、与该点到导线的距离r成反比，如图所示，两根平行长直导线相距为2x0，通以大小、方向均相同的电流，规定磁场方向垂直纸面向里为正，在－x0～x0区间内沿x轴方向磁感应强度B随x变化的图形可能是( )
A．
B．
C．
D．
10.平面OM和平面ON之间的夹角为30°，其横截面(纸面)如图所示，平面OM上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外．一带电粒子的质量为m，电荷量为q(q>0)．粒子沿纸面以大小为v的速度从OM的某点向左上方射入磁场，速度与OM成30°角．已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON只有一个交点，并从OM上另一点射出磁场．不计重力．粒子离开磁场的出射点到两平面交线O的距离为( )
A．
B．
C．
D．
11.下列各图中，已标出电流及电流磁场的方向，其中不正确的是（ ）
12.如图所示，两相邻且范围足够大的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ的磁感应强度方向平行，大小分别为B和2B.一带正电粒子(不计重力)以速度v从磁场分界线MN上某处射入磁场区域Ⅰ，其速度方向与磁场方向垂直且与分界线MN成60°角，经过t1时间后粒子进入到磁场区域Ⅱ，又经过t2时间后回到区域Ⅰ，设粒子在区域Ⅰ、Ⅱ中的角速度分别为ω1、ω2，则( )
A．ω1∶ω2＝1∶1
B．ω1∶ω2＝2∶1
C．t1∶t2＝1∶1
D．t1∶t2＝2∶1
二、实验题(共3小题)
13.霍尔元件可以用来检测磁场及其变化．图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场的装置示意图．由于磁芯的作用，霍尔元件所处区域磁场可看作匀强磁场，直导线通有垂直纸面向里的电流，测量原理如图乙所示，霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路，所用器材已在图中给出，部分电路已经连接好．
(1)制造霍尔元件的半导体参与导电的自由电荷带负电，电流从乙图中霍尔元件左侧流入，右侧流出，霍尔元件________(填“前表面”或“后表面”)电势高；
(2)在图乙中画线连接成实验电路图；
(3)已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为e，霍尔元件的厚度为h，为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B，还必须测量的物理量有________(写出具体的物理量名称及其符号)，计算式B＝________.
14.某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验.两根金属导轨ab和a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁(未画出)的N极位于两导轨的正上方，S极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直.
(1)在图中画出连线，完成实验电路.要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动.
(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：
A.适当增加两导轨间的距离
B.换一根更长的金属棒
C.适当增大金属棒中的电流
其中正确的是________(填入正确选项前的标号).
15.霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展．如图甲所示，在一矩形半导体薄片的E、F间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在C、D间出现电压UCD，这种现象称为霍尔效应，UCD称为霍尔电压，且满足UCD＝k，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数，某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数．
(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图所示，该同学用电压表测量UCD时，应将电压表的“＋”接线柱与________(填“C”或“D”)端通过导线相连．
(2)已知薄片厚度d＝0.40 mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10 T不变，改变电流I的大小，测量相应的UCD值，记录数据，描点作图，画出UCD－I图线，如图乙所示，利用图线求出该材料的霍尔系数为________×10－3V·m·A－1·T－1(保留2位有效数字)．
三、计算题(共3小题)
16.电视机中显像管(抽成真空玻璃管)的成像原理主要是靠电子枪产生高速电子束，并在变化的磁场作用下发生偏转，打在荧光屏不同位置上发出荧光而形成像．显像管的原理示意图(俯视图)如图甲所示，在电子枪右侧的偏转线圈可以产生使电子束沿纸面发生偏转的磁场，偏转的磁场可简化为由通电螺线管产生的与纸面垂直的磁场，该磁场分布的区域为圆形(如图乙所示)，其磁感应强度B＝μNI，式中μ为磁常量，N为螺线管线圈的匝数，I为线圈中电流的大小．由于电子的速度极大，同一电子穿过磁场过程中可认为磁场没有变化，是稳定的匀强磁场．
已知电子质量为m，电荷量为e，电子枪加速电压为U，磁常量为μ，螺线管线圈的匝数N，偏转磁场区域的半径为r，其圆心为O点．当没有磁场时，电子束通过O点，打在荧光屏正中的M点，O点到荧光屏中心的距离OM＝L.若电子被加速前的初速度和所受的重力、电子间的相互作用力以及地磁场对电子束的影响均可忽略不计，不考虑相对论效应及磁场变化所激发的电场对电子束的作用．
(1)求电子束经偏转磁场后打到荧光屏上P点时的速率；
(2)若电子束经偏转磁场后速度的偏转角θ＝60°，求此种情况下电子穿过磁场时，螺线管线圈中电流I0的大小；
(3)当线圈中通入如图丙所示的电流，其最大值为第(2)问中电流的0.5倍．求电子束打在荧光屏上发光所形成“亮线”的长度．
17.如图所示，在平面中有一点P(4,3)，OP所在直线下方有垂直于纸面向里的匀强磁场，OP上方有平行于OP向上的匀强电场，电场强度E＝100 V/m.现有一质量为m＝1×10－6kg，电量为q＝2×10－3C带正电粒子，从坐标原点O以初速度v＝1×103m/s垂直于磁场方向射入磁场，经过P点时速度方向与OP垂直，并进入电场，在经过电场中的M点(图中未标出)时的动能为O点时动能的2倍，不计粒子的重力，求：
(1)磁感应强度的大小；
(2)P、M两点间的电势差；
(3)粒子从O点运动到M点的时间．
18.长L=60 cm、质量为m=6.0×10-2kg、粗细均匀的金属棒，两端用完全相同的弹簧挂起，放在磁感强度为B=0.4 T、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，如图所示，若不计弹簧重力，问：
(1)要使弹簧不伸长，金属棒中电流的大小和方向如何?
(2)如在金属中通入自左向右、大小为I=0.2 A的电流，金属棒下降=1 cm，若通入金属棒中的电流仍为0.2 A，但方向相反，这时金属棒下降了多少? (g=10 m/s2)
四、填空题(共3小题)
19.如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，带电粒子每次通过两盒窄缝间匀强电场时做 ．（填“匀速”、“加速”、“圆周”）运动，带电粒子每次通过盒中的匀强磁场时做 运动．（填“匀速”、“加速”、“圆周”）
20.在纸面上有一个等边三角形ABC，在B、C顶点处是通有相同电流的两根长直导线，导线垂直于纸面放置，电流方向如图所示，每根通电导线在三角形的A点产生的磁感应强度大小为B，则三角形A点的磁感应强度大小为____________，方向为____________．若C点处的电流方向反向，则A点处的磁感应强度大小为____________，方向为____________．
21.如下图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8 T，矩形线圈abcd的面积S＝0.5 m2，B与S垂直，线圈一半在磁场中，则当线圈从图示位置绕ad边绕过60°时，线圈中的磁通量为________，在此过程中磁通量的改变量为________；当线圈再绕ad边转过30°时，线圈中的磁通量为________，在此过程中磁通量的改变量为________．
答案
1.【答案】C
2.【答案】D
3.【答案】C
4.【答案】A
5.【答案】C
6.【答案】B
7.【答案】B
8.【答案】C
9.【答案】A
10.【答案】D
11.【答案】B
12.【答案】C
13.【答案】(1)前表面(2)如解析图所示(3)电压表读数U，电流表读数I
14.【答案】 (1) (2)AC
15.【答案】(1)C (2)1.3
16.【答案】(1) (2) (3)L
电子在屏幕上落点距M点最远距离y＝Ltanθ1＝L
亮线长度Y＝2y＝L
17.【答案】(1)0.2 T (2)250 V
(3)t总＝1.285×10－2s
粒子在电场中从P到M的运动时间，t＝0.5×10－2s
所以从O到M的总时间，t总＝t＋t′＝1.285×10－2s.
18.【答案】(1)(2)
19.【答案】加速 圆周
20.【答案】B 水平向右 B 竖直向下
21.【答案】0.2 Wb 0 0 0.2 Wb